Гидравлика и гидропривод

Для насосов с большими частотой вращения вала пк и со­ противлением распределительных устройств на всасе в катало­ гах приводят не допустимую-вакуумметрическую высоту всасы­ вания, а необходимое избыточное, манометрическое давление,

определяемое из уравнения (11.27), по аналогии с уравнением (11.28), следующим образом:

11.10, в), подача которого должна быть не меньше подачи основ­ ного насоса /, а минимальное давление — не меньше допусти­ мого рм.доп. Обычно подачу и давление такого подкачного насоса принимают несколько большей, чем указанные значения. При этом «лишняя» подача сбрасывается через переливной клапан 3.

11.8.Гидромоторы

11.8.1.Устройство и принцип действия

Роторные насосы (см. 11.4) в принципе могут работать как гид­ ромоторы. Для этого необходимо в рабочую камеру насоса под­ вести жидкость с соответствующим давлением.

Рассмотрим принцип действия радиально-поршневого гидро­

и к поверхности обоймы статора в точке их касания. Следова­ тельно, сила R совпадает с направлением радиуса статора, и ее линия действия проходит через точку О,. Разложим R на две составляющие Р и 7 Сила Р уравновешивается силой Рж, т. е.

Следовательно, сила Т и момент М изменяются при вращении

рдним или двумя поршнями. Обычно гидромоторы выполняются так же, как роторные насосы, с нечетным числом поршней 2 ^ 5 .

Рис. 11.11. Схемы гидромо­

торов

Сила Р значительно превышает силу Т (см. рис. 11.11,а), поэтому внутреннюю поверхность обоймы статора и головки поршней необходимо изготовлять из материала высокой твердо­ сти, а так как силе Т противодействует сила трения^ указанные поверхности должны быть хорошо обработаны (отшлифованы). Нередко вместо головок поршней устанавливают подшипники качения.

Принцип действия аксиально-поршневых гидромоторов ана­ логичен принципу действия радиально-поршневых.

В пластинчатых гидромоторах (рис. 11.11,6) крутящий мо­ мент создается за счет разности сил давления жидкости (Рг— —Pi) на пластины, образующие рабочую камеру гидромотора. Для более плотного прижатия пластин к поверхности обоймы статора в пазы ротора за пластинами подается высокое давле­ ние жидкости рд. При горизонтальном расположении вала гид­ ромотора без подвода этого давления ротор вообще не получит начального момента вращения. В наиболее совершенных гид­ ромашинах в каждом пазу размещают не одну, а две рядом расположенные пластины, что уменьшает утечки в машине и повышает ее КПД.

В шестеренных гидромоторах (рис. J 1.11, в) момент на рото­ ре создается за счет разности сил Р, действующих на поверхно­ сти зуба, находящегося в зацеплении, и зубьев, входящих в полости, образованные внутренними цилиндрическими поверх­ ностями статора.

— полный КПД гидромотора; Т1Д.М— механический КПД гидро­ мотора, зависящий от потерь мощности в подшипниках и уплот­ нениях. Так как гидравлические и механические потери разде­ лить весьма трудно, то в каталогах приводят значения только

Лд и Лдо*

Зная мощность на валу УУД>В и частоту его вращения, можно определить момент на валу. В соответствии с уравнениями (11.35), (11.39) и (11.40)

где о)д— угловая скорость вращения вала.

Мд= Рд<7дЛд/(2 тст]д.о) = 107 *20* 10_6*0,83/(2 *3,14-0,95) =27,8 Н-м.

Под характеристикой гидромотора понимают зависимости Л4д=/г(/гд), А/д.в = /(% ), У)л=Нпц) при постоянных давлении рд, плотности и вязкости жидкости. Последнее ограничение введено по той причине, что при изменении вязкости изменяются утечки ДС?д, а следовательно, и сами характеристики. При ис­ следовании систем регулирования важна также характеристика

Qn= f (Яд)*

Зависимость фд.п=/(Лд) в соответствии с уравнением (11.33) представляет собой прямую линию, проходящую через начало координат (рис. 11.12,а). Утечки Д<Зд при рд= const также

постоянны [см. уравнение (8.4)], поэтому характеристика рас­ хода гидродвигателя <2д=/(лд) параллельна (2ДЛ1= /(яд), но смещена по оси ординат на величину утечек Д<Зд, которые зави­ сят от рд.

Теоретический момент Мд.т=Рд<7д/(2л) не зависит от частоты вращения {см. уравнение (11.41)], поэтому график Мд.т= /(лд) — прямая, параллельная оси абсцисс (см. рис. 11.12, а). В соот­ ветствии с уравнением (11.41) действительный момент Мя на ва­ лу гидромотора меньше теоретического из-за гидравлических и механических потерь, суммарное значение которых невелико. Однако, если при лд=0 (фд^Лфд) гидравлические потери близки к нулю (г1д.г« 1 ) и с ростом пл незначительно увеличи­ ваются пропорционально Qm (см. 11.6), где 2>т>1, то меха­ нические потери при пд=0 — максимальны (трение покоя боль-

(11.41)]. Но уже после страгивания ротора с места механичес­ кий КПД, а вместе с ним и момент Мд резко возрастают (см. рис. 11.12,а). Практически это выражается в том, что гидро­ моторы при частотах вращения близких к нулю работают не­

собой аналогично <2д.п=/(яд) прямую линию (рис. 11.12,5). Выходная мощность на валу Нд.в— МдШц. Ее характеристика нелинейна и располагается ниже прямой Уд=/(/1д) на величину суммарных потерь ДУд (см. рис. 11.12,6). Характеристика

КПД т]д= /(Лд) определяется по формуле (11.39). Значения всех параметров при максимальном значении КПД

называются оптимальными: фд.0„т, Мд.0ит, /Уд.в.опт. Номиналь­ ные (паспортные) значения технических показателей обычно близки к оптимальным.

11.8.3. Высокомоментные гидромоторы

Условно к высокомоментным гидромоторам относятся машины с моментом Мд>2 • 103 Н м. Как видно "Ьз уравнения (11.41), номинальная частота вращения вала этих гидромоторов незна­ чительная— обычно, лд=30ч-80 мин '1 [12].

Высокомоментные гидромоторы благодаря большой переда­ ваемой мощности на единицу массы позволяют создавать ком­ пактный привод, что очень важно для горных машин, работаю­ щих в стесненных условиях. Это объясняется тем, что габариты асинхронных электродвигателей, наиболее распространенных в горном машиностроении, уменьшаются при увеличении частоты вращения вала. Поэтому приводные электродвигатели горных

* " Рис. 11.13. Схемы гидроцилнндров

машин чаще всего имеют частоту вращения близкую к 1450 мин-1. В отличие от них двигатели исполнительных органов горных машин должны иметь малую частоту вращения вала и большой момент [12]. Применение для этой цели зубчатых ре­ дукторов приводит к значительному увеличению габаритов всего привода, а следовательно, и машины в целом. Высокомоментные гидромоторы позволяют в принципе отказаться от указанных редукторов.

Обеспечить большой момент гидромотора можно за счет увеличения либо давления рд, либо рабочего объема qA [см. уравнение (11.41)]. Современные гидроприводы горных машин работают на высоких давлениях, поэтому основным фактором при создании высокомоментных гидромоторов является рабочий объем. Проще всего можно увеличить qA в роторных радиально­ поршневых гидромоторах, где рабочий объем определяется мно­ гими факторами: числом цилиндров в ряду z [см. рис. 11.4 и уравнение (11.17)], числом рядов цилиндров /л, кратностью действия k (см. рис. 11.2, в). Например, широко распространен­

поступательным перемещением выходного звена. Существует большое многообразие конструкций и схем гидроцилиндров (рис. 11.13).

В гидроцилиндре одностороннего действия (а) рабочий ход поршня совершается под действием давления жидкости, а воз­ врат, если требуемое усилие невелико, — под действием пружи­ ны или внешних'сил.

В гидроцилиндрах двустороннего действия (б) прямой (сле­ ва направо) и обратный (справа налево) ходы поршня осуще­ ствляются под действием давления жидкости. Такие гидроци­ линдры могут быть с односторонним штоком или с двусторон­ ним (в) г

Если необходимо обеспечить ход, превышающий длину кор­ пуса цилиндра, то применяют т е л е с к о п и ч е с к и е гидроци­ линдры (г), т. е. цилиндры с несколькими штоками. В частно­ сти, телескопические гидроцилиндры широко используются в гидрофицированных крепях, где необходима большая раздвижность гидравлических стоек.

При высоких значениях давления применяют плунжерные гидроцилиндры (д). Гидроцилиндры с реечной передачей (е), преобразующие поступательное движение штоков в возвратно­ поворотное движение исполнительного механизма, называются поворотными гидродвигателями. Поворотные гидродвигатели могут быть выполнены по другой схеме (ж), например, в виде поворотного шибера в цилиндре. Поворотные гидродвигатели широко применяются в робототехнике.

Основными техническими показателями гидроцилиндров яв­ ляются: расход, давление, мощность, КПД, усилие на выходном

где Од'— линейная скорость штока; Рд— рабочая площадь пор­

шня.

Для гидроцилиндра двустороннего действия (см. рис. 11.13,6) при прямом ходе рабочая площадь поршня Ед.п= = nD2/4, а при обратном ходе Рд.о=я(Д2—d2)/4.

Усилие на штоке при прямом ходе

В уравнениях (11.43) и (11.44) рх>рг. Если pi»p2, то эти урав­ нения можно упростить, подставив в них вместо pi и рг разность

р,—р2= рд:

Значения объемного, гидравлического имеханического КПД Зависят от типа применяемых уплотнений. Так, в гидроцилинд­

Л0,1 -3 ^14-0 , 1а

4*U, УУ

Иштокоиой полости —

° ; ‘П3^ 4. (0 ,1 » ~ 0 ,0 5 2) 1=0,006595 м »/с=*35,7 л/мин.

УУ

Мощность ня штоке (см. уравнение (11.47)) №».„=!69,8 0,1 = 16,98 кВт.

Гидроцилиндры широко применяются в горных комбайнах, Механизированных Крепях, погрузочных машинах, бульдозерах, Экскаваторах и Других Машинах.

Под характеристиками гидроцилиидров понимают те же за­ висимости, что и для гйДромоторов, но в них момент на валу Заменен усилием на Шток^, а Частота вращения — линейной